Kondensatoren und Spulen als Bauelemente: Bauformen, Kennwerte, Stütz-, Abblock- und Koppelkondensator
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Kondensator, Elektrolytkondensator, Keramikkondensator, Kapazität, Spannungsfestigkeit, Glättungskondensator, Stützkondensator, Abblockkondensator, Koppelkondensator, Spule, Drossel, Sättigungsstrom
tl/dr; (ca. 20 min Lesezeit): Fast jede Platine trägt mehr Kondensatoren als jedes andere Bauteil. Dieser Artikel zeigt Schritt für Schritt, welche Bauformen es gibt, wie Du Kapazität, Toleranz, Spannungsfestigkeit und Temperaturbereich aus Aufdruck und Datenblatt abliest, Kondensatoren zusammenschaltest, auswählst und polrichtig bestückst. Danach geht es um ihre Aufgaben in der Schaltung – Glättung, Stützung, Abblockung und Kopplung –, um die richtige Platzierung im Layout, das Beschalten von Logikbausteinen und zum Schluss um Spulen und Drosseln als Bauelemente [AI-Assisted]. (Zuletzt geändert am 12.11.2026)
Dieser Artikel baut auf der Kann-Liste des Artikels Kondensator und Spule im Gleichstromkreis: Lade- und Entladevorgänge, Zeitkonstante auf.
Schon fit in diesem Thema? Nutze die Kann-Liste und die Leitfragen unter dem Artikel als Checkliste, ob Du die relevanten Kompetenzen bereits hast.
Als Elektrotechnik-Grundlagen kann ich nach Durcharbeiten des Artikels…
… die Bauformen von Kondensatoren (Keramik, Folie, Aluminium- und Tantal-Elko) unterscheiden und ihren typischen Einsatzbereichen zuordnen.
… Kapazität, Toleranz, Nennspannung und Temperaturbereich eines Kondensators aus Aufdruck und Datenblatt ablesen.
… die Gesamtkapazität parallel und in Reihe geschalteter Kondensatoren berechnen.
… Auswahlkriterien für Kondensatoren (Kapazität, Spannungsfestigkeit, Bauform, Polung, Temperaturbereich) nennen und einen Kondensator, auch für ein RC-Zeitglied, auswählen.
… Elektrolytkondensatoren polrichtig bestücken und die Folgen einer Verpolung beschreiben.
… die Aufgaben von Glättungs-, Stütz-, Abblock- und Koppelkondensatoren erklären und die Aufgabe von Ladeelko und parallelem keramischem Kondensator beschreiben.
… begründen, warum Abblockkondensatoren direkt an den Versorgungsanschlüssen von ICs platziert werden, und ihre Platzierung im Layout planen.
… Logikbausteine fachgerecht beschalten (unbenutzte Eingänge, Abblockkondensator an der Versorgung).
… Bauformen und Kennwerte von Spulen und Drosseln (Induktivität, Nennstrom, Sättigungsstrom, Wicklungswiderstand) unterscheiden.
Ein Blick auf eine beliebige Steuerplatine zeigt: Neben ein paar ICs sitzen Dutzende kleine Kondensatoren, dazu einige dicke Becher mit Minus-Streifen. Jeder davon hat eine Aufgabe. Der große Elko am Gleichrichter glättet, der Elko hinter dem Spannungsregler stützt, die winzigen 100-nF-Kondensatoren an jedem IC blocken ab, und ein Kondensator im Signalweg koppelt nur das Wechselsignal weiter. Welche Bauform an welche Stelle gehört und wie Du sie richtig auswählst und bestückst, zeigt dieser Artikel. Die Grundlagen zu Ladung, Kapazität und Zeitkonstante findest Du im Artikel Kondensator und Spule im Gleichstromkreis.
Zum Üben gibt es einen eigenen Artikel mit Aufgaben und einblendbaren Beispiellösungen: Übungsaufgaben zu Kondensatoren und Spulen als Bauelemente.
Schritt 1: Bauformen von Kondensatoren
Jeder Kondensator besteht aus zwei leitenden Flächen (Elektroden), die ein Isolierstoff, das Dielektrikum, trennt. Die Kapazität wächst mit der Fläche A und der Permittivität \varepsilon des Dielektrikums und sinkt mit dem Abstand d:
C = \varepsilon_0 \cdot \varepsilon_\mathrm{r} \cdot \frac{A}{d}
Je dünner das Dielektrikum, desto größer die Kapazität – aber desto kleiner die Spannung, die es aushält. Die Bauformen unterscheiden sich vor allem im Dielektrikum, und daraus folgen Kapazitätsbereich, Spannungsfestigkeit, Genauigkeit und Polung:
| Bauform | Dielektrikum | Eigenschaften | typischer Einsatz |
|---|---|---|---|
| Keramik Klasse 1 (C0G/NP0) | Keramik mit kleinem \varepsilon_\mathrm{r} | sehr stabil über Temperatur und Spannung, kleine Toleranz, nur kleine Kapazitäten | Schwingkreise, Quarzbeschaltung, Filter, genaue Zeitglieder |
| Keramik Klasse 2 (X7R, X5R) | Keramik mit großem \varepsilon_\mathrm{r} | große Kapazität auf kleinem Raum, sehr kleiner ESR und ESL, Kapazität sinkt mit Temperatur und Gleichspannung | Abblocken, Entstören, Stützen hinter Reglern |
| Folienkondensator | Kunststofffolie (z. B. Polypropylen, Polyester) | ungepolt, enge Toleranz, sehr kleiner Leckstrom, selbstheilend, größer als Keramik | Zeitglieder, Koppeln in Audioschaltungen, Netzentstörung (X- und Y-Kondensatoren) |
| Aluminium-Elko | Oxidschicht auf Aluminiumfolie, flüssiger oder fester Elektrolyt | große Kapazität, gepolt, Toleranz meist ±20 %, Leckstrom, Lebensdauer temperaturabhängig | Glätten (Ladekondensator), Stützen, Puffern |
| Tantal-Elko | Tantaloxid | kompakt, stabil, gepolt, empfindlich gegen Spannungsspitzen und Verpolung | Stützen auf kleinen Platinen |
| Doppelschichtkondensator (Supercap) | Doppelschicht an Aktivkohle | sehr große Kapazität, nur ca. 2,7 V je Zelle, gepolt | Pufferung von Uhren und Speichern |
Im Schaltplan unterscheidet sich der Elko vom ungepolten Kondensator durch das Pluszeichen bzw. die gefüllte Minusplatte. Der Kennbuchstabe ist bei allen Kondensatoren C (z. B. -C3).
Schritt 2: Kennwerte und Kennzeichnung ablesen
Ein Kondensator wird nicht nur durch seine Kapazität beschrieben. Für die Auswahl brauchst Du mehrere Kennwerte, die auf dem Bauteil aufgedruckt oder im Datenblatt angegeben sind:
Nennkapazität C_\mathrm{N} in pF, nF, µF oder mF.
Toleranz: zulässige Abweichung vom Nennwert, oft als Kennbuchstabe: F = ±1 %, G = ±2 %, J = ±5 %, K = ±10 %, M = ±20 %.
Nennspannung U_\mathrm{N} (rated voltage): größte Gleichspannung, die dauernd anliegen darf. Darüber kann das Dielektrikum durchschlagen.
Temperaturbereich (category temperature), bei Elkos z. B. −40 °C … +105 °C, und die Lebensdauer bei der Höchsttemperatur, z. B. 2000 h bei 105 °C. Faustregel: Jede 10 K weniger Temperatur verdoppelt die Lebensdauer eines Elkos.
ESR (equivalent series resistance): ohmscher Anteil des Kondensators. Er erwärmt den Kondensator, wenn ein Wechselstrom (Rippelstrom) fließt, und begrenzt die Glättwirkung.
Rippelstrom (ripple current): größter zulässiger Wechselstrom durch einen Elko.
Temperaturkennzeichen bei Keramik: C0G (NP0) ändert seine Kapazität kaum; X7R bedeutet −55 °C … +125 °C mit ±15 % Kapazitätsänderung, X5R −55 °C … +85 °C mit ±15 %.
Aufdruck lesen: Kleine Kondensatoren tragen einen Zahlencode. Die ersten beiden Ziffern sind die Wertziffern, die dritte die Zahl der angehängten Nullen, die Einheit ist pF. Alternativ steht der Einheitenbuchstabe an der Stelle des Kommas:
| Aufdruck | Bedeutung | Wert |
|---|---|---|
| 104 | 10 \cdot 10^4\ \mathrm{pF} | 100 nF |
| 471 | 47 \cdot 10^1\ \mathrm{pF} | 470 pF |
| 2n2 | 2,2 nF | 2,2 nF |
| u33 | 0,33 µF | 330 nF |
| 334 K 100 | 33 \cdot 10^4\ \mathrm{pF}, ±10 %, 100 V | 330 nF |
| 1000 µF 35 V 105 °C | Elko mit Nennspannung und Höchsttemperatur | 1000 µF |
SMD-Keramikkondensatoren sind meist gar nicht beschriftet; ihr Wert steht nur in der Stückliste und auf der Rolle. Deshalb dürfen Rollen und Bauteile beim Bestücken nicht vertauscht werden.
Achtung bei Klasse-2-Keramik: Die Kapazität dieser Kondensatoren sinkt, wenn eine Gleichspannung anliegt (DC-Bias-Effekt). Ein 10-µF-Kondensator mit 6,3 V Nennspannung kann bei 5 V nur noch einen Bruchteil seiner Nennkapazität haben. Wer genug Kapazität braucht, wählt eine höhere Nennspannung oder eine größere Bauform und prüft die DC-Bias-Kurve im Datenblatt.
Schritt 3: Kondensatoren zusammenschalten
Ist ein Wert nicht vorrätig oder reicht die Spannungsfestigkeit eines einzelnen Kondensators nicht, werden Kondensatoren zusammengeschaltet.
Parallelschaltung: Alle Kondensatoren liegen an derselben Spannung, ihre Plattenflächen addieren sich. Die Gesamtkapazität ist die Summe:
C_\mathrm{ges} = C_1 + C_2 + \ldots + C_n
Beispiel: 4{,}7\ \mathrm{µF} + 2{,}2\ \mathrm{µF} = 6{,}9\ \mathrm{µF}. Die Spannungsfestigkeit der Parallelschaltung ist die kleinste Nennspannung der beteiligten Kondensatoren.
Reihenschaltung: Alle Kondensatoren tragen dieselbe Ladung Q, der Plattenabstand wird gewissermaßen größer. Die Kehrwerte addieren sich, und die Gesamtkapazität ist kleiner als die kleinste Einzelkapazität:
\frac{1}{C_\mathrm{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} + \ldots + \frac{1}{C_n} \qquad \text{für zwei: } C_\mathrm{ges} = \frac{C_1 \cdot C_2}{C_1 + C_2}
Wegen U = Q / C liegt am kleineren Kondensator die größere Spannung. Zwei gleiche Kondensatoren in Reihe halbieren die Kapazität und verdoppeln die zulässige Spannung: Zwei Elkos mit 100\ \mathrm{µF} und 25\ \mathrm{V} ergeben 50\ \mathrm{µF} für bis zu 50\ \mathrm{V}. Weil Elkos unterschiedliche Leckströme haben, würde sich die Spannung im Betrieb ungleich aufteilen. Deshalb liegt parallel zu jedem Elko ein Symmetrierwiderstand (gleiche Werte), dessen Strom deutlich größer ist als der Leckstrom.
Bei Spulen ist es umgekehrt: Induktivitäten ohne magnetische Kopplung addieren sich in Reihe und verhalten sich parallel wie Widerstände (Kehrwerte addieren).
Schritt 4: Kondensatoren auswählen und polrichtig bestücken
Bevor ein Kondensator in die Stückliste kommt, prüfst Du der Reihe nach:
Kapazität und Toleranz: Reicht der Wert auch an der unteren Toleranzgrenze? Bei Elkos (±20 %) und Klasse-2-Keramik (Temperatur, DC-Bias) ist das ein echter Unterschied.
Spannungsfestigkeit: Die Nennspannung muss über der höchsten Spannung liegen, die im Betrieb auftreten kann – einschließlich Leerlaufspannung eines Netzteils, Spitzenwert einer gleichgerichteten Wechselspannung und Spannungsspitzen. Üblich ist eine Reserve von mindestens 20 bis 50 %, bei Tantal-Elkos wird oft nur die Hälfte der Nennspannung genutzt.
Bauform und Dielektrikum: passend zur Aufgabe (Tabelle in Schritt 1) und zum Platz auf der Platine (bedrahtet oder SMD, Rastermaß, Höhe).
Polung: Liegt am Einbauort eine Gleichspannung mit fester Richtung, darf ein Elko eingesetzt werden. Wechselt die Polarität, braucht es einen ungepolten Kondensator.
Temperaturbereich und Lebensdauer: Umgebungstemperatur plus Eigenerwärmung durch Rippelstrom. In warmen Geräten nimmt man 105-°C-Elkos mit hoher Lebensdauer.
ESR und Rippelstrom bei Lade- und Stützelkos, bei Schaltreglern besonders wichtig.
Bauteile für ein RC-Zeitglied: Die Zeitkonstante \tau = R \cdot C ist nur so genau wie ihre Bauteile. Für eine definierte Verzögerung eignet sich ein Folienkondensator oder C0G-Keramik mit enger Toleranz und kleinem Leckstrom besser als ein Elko: Seine ±20 % Toleranz und sein Leckstrom, der bei großen Widerständen wie ein Parallelwiderstand wirkt, verfälschen die Zeit. Den Widerstand wählt man so, dass der Ladestrom deutlich über dem Leckstrom liegt. Wie RC-Zeitglieder berechnet werden, steht im Artikel Kondensator und Spule im Gleichstromkreis.
Polrichtig bestücken: Elektrolytkondensatoren sind gepolt. Ihre Oxidschicht hält nur in einer Richtung Spannung aus.
Bedrahteter Aluminium-Elko: Der Minuspol ist mit einem Streifen (oft mit Minuszeichen) auf dem Becher markiert, das Minusbein ist kürzer.
SMD-Aluminium-Elko: Die schwarz oder farbig markierte Ecke bzw. der Balken auf der Oberseite kennzeichnet den Minuspol.
Tantal-Elko: Hier markiert der Strich den Pluspol – genau umgekehrt wie beim Aluminium-Elko. Im Zweifel ins Datenblatt schauen.
Auf der Platine zeigt der Bestückungsdruck ein Pluszeichen oder eine schraffierte Hälfte für den Minuspol.
Ein verpolter Elko leitet: Ein Strom fließt, der Elektrolyt erwärmt sich und gast aus. Der Becher bläht sich auf, die Sollbruchstelle im Deckel öffnet sich, und Elektrolyt tritt aus. Tantal-Elkos können bei Verpolung oder Überspannung sogar brennen. Deshalb gehören Elkos nach dem Bestücken zur Sichtprüfung, und eine Verpolschutzdiode am Platineneingang schützt die Schaltung, wenn die Versorgung falsch angeschlossen wird.
Schritt 5: Glättungs-, Stütz-, Abblock- und Koppelkondensatoren
Im Übersichtsplan am Anfang des Artikels hat jeder Kondensator eine andere Aufgabe:
| Aufgabe | Ort | typische Bauform und Größe | was er tut |
|---|---|---|---|
| Glättungs- bzw. Ladekondensator | hinter dem Gleichrichter | Aluminium-Elko, 100 µF … einige mF | lädt sich auf den Scheitelwert auf und liefert in den Lücken zwischen den Halbwellen den Laststrom; aus der pulsierenden Gleichspannung wird eine Gleichspannung mit kleiner Restwelligkeit |
| HF-Kondensator parallel zum Elko | direkt am Elko bzw. am Reglereingang | Keramik 100 nF | leitet hochfrequente Störungen ab, die der Elko wegen seines ESR und seiner Induktivität nicht mehr erfasst; verhindert Schwingen des Reglers |
| Stützkondensator | am Ausgang des Reglers, an Steckverbindern, vor Baugruppen mit großem Strombedarf | Elko oder Keramik, 1 µF … 100 µF | hält die Spannung bei Lastsprüngen stabil, bis der Regler nachgeregelt hat; manche Regler brauchen ihn für einen stabilen Betrieb |
| Abblockkondensator (Entkoppelkondensator) | an jedem Versorgungspin jedes ICs, so nah wie möglich | Keramik X7R, meist 100 nF | liefert die kurzen Stromspitzen beim Umschalten des ICs, damit sie nicht über die Versorgungsleitungen fließen und andere Bauteile stören |
| Koppelkondensator | im Signalweg zwischen zwei Stufen | Folie oder Keramik, bei großen Werten Elko | lässt das Wechselsignal durch und sperrt den Gleichanteil, damit jede Stufe ihren eigenen Arbeitspunkt behält |
Ladeelko und paralleler Keramikkondensator: Der Elko hat die große Kapazität, um die Lücken zwischen den Netzhalbwellen zu überbrücken. Bei hohen Frequenzen wirken aber sein ESR und die Induktivität seiner Wickel und Anschlüsse, sodass er schnelle Störungen kaum noch ableitet. Der kleine Keramikkondensator parallel übernimmt diesen Frequenzbereich. Beide zusammen haben über einen großen Frequenzbereich einen kleinen Scheinwiderstand.
Koppelkondensator: Er bildet mit dem Eingangswiderstand R_\mathrm{E} der folgenden Stufe einen Hochpass. Unterhalb der unteren Grenzfrequenz wird das Signal abgeschwächt:
f_\mathrm{u} = \frac{1}{2 \pi \cdot R_\mathrm{E} \cdot C_\mathrm{K}}
Soll ein Audiosignal ab 20\ \mathrm{Hz} an einen Eingang mit R_\mathrm{E} = 10\ \mathrm{k\Omega} übertragen werden, braucht es C_\mathrm{K} \geq \dfrac{1}{2 \pi \cdot 10\ \mathrm{k\Omega} \cdot 20\ \mathrm{Hz}} \approx 796\ \mathrm{nF}, also 1\ \mathrm{µF}. Ist ein Elko als Koppelkondensator nötig, zeigt sein Pluspol zur Seite mit dem höheren Gleichspannungspotenzial.
Schritt 6: Abblockkondensatoren richtig platzieren
Ein digitaler Baustein zieht seinen Strom nicht gleichmäßig. Bei jedem Umschalten seiner Ausgänge braucht er für wenige Nanosekunden einen Stromstoß. Kommt dieser Strom über eine lange Leiterbahn vom Spannungsregler, wirkt die Induktivität der Leiterbahn (grob 1 nH je Millimeter) wie eine kleine Spule:
u_\mathrm{L} = L \cdot \frac{\Delta i}{\Delta t}
Ein Beispiel: Ein Baustein braucht 100\ \mathrm{mA} zusätzlich innerhalb von 2\ \mathrm{ns}. Über 20\ \mathrm{nH} Leitungsinduktivität fällt dabei u_\mathrm{L} = 20\ \mathrm{nH} \cdot \dfrac{100\ \mathrm{mA}}{2\ \mathrm{ns}} = 1\ \mathrm{V} ab – die Versorgung des ICs bricht kurz ein, und Störungen gelangen auf die gemeinsame Versorgung anderer Bausteine. Sitzt ein Abblockkondensator direkt am Versorgungspin, liefert er den Stromstoß aus seiner Ladung über eine Strecke von wenigen Millimetern (\approx 2\ \mathrm{nH}, also 0{,}1\ \mathrm{V}). Wie stark seine eigene Spannung dabei sinkt, folgt aus \Delta U = Q / C mit Q = I \cdot \Delta t.
Das Diagramm zeigt, warum Bauform und Abstand entscheiden. Jeder reale Kondensator hat neben C einen ESR und eine Eigeninduktivität (ESL). Bis zur Resonanzfrequenz wirkt er kapazitiv, darüber wie eine Spule:
Daraus folgen die Regeln für das Layout:
Je Versorgungspin ein Abblockkondensator (meist 100 nF, X7R, Bauform 0603 oder 0402), bei mehreren VDD-Pins also mehrere.
So nah wie möglich an den Pin, mit kurzen, breiten Leiterbahnen. Die Fläche der Stromschleife Pin – Kondensator – GND-Pin soll klein sein.
Der Strom soll erst durch den Kondensator und dann in den Pin fließen: Die Versorgungsleitung kommt am Kondensator an und geht von dort zum Pin.
Durchkontaktierungen zur Masse- und Versorgungsfläche direkt neben den Kondensatoranschlüssen.
Zusätzlich ein größerer Stützkondensator (1 µF … 10 µF) je Baugruppe bzw. am Reglerausgang für langsamere Laständerungen.
Schritt 7: Logikbausteine fachgerecht beschalten
Digitale ICs wie die Gatter der 74HC-Familie oder Mikrocontroller brauchen außer den Signalverbindungen eine saubere Grundbeschaltung:
Abblockkondensator: 100 nF Keramik zwischen VCC und GND, direkt am Gehäuse (Schritt 6). In vielen Datenblättern steht das als decoupling capacitor in den Anwendungshinweisen.
Unbenutzte Eingänge nie offen lassen. Ein offener CMOS-Eingang ist sehr hochohmig. Er nimmt durch Einstreuungen ein zufälliges Potenzial in der Nähe der Schaltschwelle an. Dann leiten beide Transistoren der Eingangsstufe gleichzeitig, der Baustein zieht unnötig Strom, wird warm, und der Ausgang schwingt. Unbenutzte Eingänge werden deshalb fest auf GND oder VCC gelegt.
Unbenutzte Gatter eines ICs: alle Eingänge auf ein festes Potenzial, die Ausgänge bleiben offen.
Benutzte Eingänge, die von Tastern oder Schaltern kommen, brauchen einen Pull-up- oder Pull-down-Widerstand, damit sie im offenen Zustand definiert sind.
Unbenutzte Eingänge eines benutzten Gatters mit mehreren Eingängen (z. B. der dritte Eingang eines UND-Gatters, der nicht gebraucht wird) legt man so, dass er die Funktion nicht beeinflusst: bei UND/NAND auf High, bei ODER/NOR auf Low – oder parallel zu einem benutzten Eingang.
Bei TTL-Bausteinen wirkt ein offener Eingang zwar meist wie High, ist dann aber besonders störempfindlich. Auch hier gilt: Eingänge immer definiert beschalten.
Schritt 8: Spulen und Drosseln als Bauelemente
Eine Spule speichert Energie im Magnetfeld. Ihre Induktivität L in Henry steigt mit dem Quadrat der Windungszahl und mit der Permeabilität des Kerns. Wie sich eine Spule beim Ein- und Ausschalten verhält, steht im Artikel Kondensator und Spule im Gleichstromkreis. Als Bauelement heißt eine Spule, die Wechselströme oder Störungen bremsen soll, meist Drossel.
| Bauform | Merkmale | typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Luftspule | kein Kern, keine Sättigung, kleine Induktivität | Hochfrequenz, Schwingkreise |
| Drossel mit Ferritkern (bedrahtet oder SMD) | große Induktivität auf kleinem Raum, Kern kann sättigen | Speicherdrossel in Schaltreglern, LC-Filter |
| Ringkerndrossel | geschlossener Kern, wenig Streufeld | Netzfilter, Leistungselektronik |
| stromkompensierte Drossel | zwei Wicklungen auf einem Kern, Betriebsstrom hebt sich magnetisch auf | Unterdrückung von Gleichtaktstörungen an Netz- und Datenleitungen |
| Ferritperle (ferrite bead) | Ferrit um einen Leiter, wirkt bei hohen Frequenzen wie ein Widerstand | Entstörung von Versorgungs- und Signalleitungen |
Die wichtigsten Kennwerte einer Drossel:
Induktivität L mit Toleranz (oft ±20 %); Aufdruck wie bei Kondensatoren, aber in µH: „100“ = 10 \cdot 10^0\ \mathrm{µH} = 10\ \mathrm{µH}, „4R7“ = 4,7 µH.
Nennstrom I_\mathrm{R} (rated current): Dauerstrom, bei dem sich die Spule um eine festgelegte Temperatur (z. B. 40 K) erwärmt.
Sättigungsstrom I_\mathrm{sat}: Strom, bei dem die Induktivität um einen festgelegten Anteil (z. B. 30 %) gesunken ist, weil der Kern magnetisch gesättigt ist. Darüber verliert die Drossel ihre Wirkung, der Strom steigt steil an.
Wicklungswiderstand R_\mathrm{DC}: verursacht einen Spannungsfall U = I \cdot R_\mathrm{DC} und Verluste P = I^2 \cdot R_\mathrm{DC}.
Eigenresonanzfrequenz (SRF): Darüber wirkt die Spule wegen der Kapazität zwischen ihren Windungen kapazitiv.
Für die Auswahl gilt: Der größte Betriebsstrom (bei Schaltreglern einschließlich der Stromspitzen) muss unter dem Sättigungsstrom und der Dauerstrom unter dem Nennstrom liegen; R_\mathrm{DC} soll so klein sein, dass Spannungsfall und Erwärmung tragbar bleiben. Kombiniert mit einem Kondensator entsteht ein LC-Tiefpass, mit dem zum Beispiel die Versorgung eines empfindlichen Analogteils von der Störspannung des Digitalteils getrennt wird.
Leitfragen
- Woran unterscheiden sich Keramik-, Folien- und Elektrolytkondensatoren, und wofür nimmst Du welche Bauform?
Am Dielektrikum: Keramik (klein, kleiner ESR, Abblocken, C0G für genaue Werte), Folie (ungepolt, enge Toleranz, kleiner Leckstrom, Zeitglieder, Koppeln, Netz), Elko (große Kapazität, gepolt, Glätten und Stützen). siehe Abschnitt „Schritt 1: Bauformen von Kondensatoren“
- Was bedeutet der Aufdruck „224 J 63“ auf einem Kondensator?
22 \cdot 10^4\ \mathrm{pF} = 220\ \mathrm{nF}, Toleranz J = ±5 %, Nennspannung 63 V. siehe Abschnitt „Schritt 2: Kennwerte und Kennzeichnung ablesen“
- Wie berechnest Du die Gesamtkapazität einer Parallel- und einer Reihenschaltung, und welche Spannung hält die Schaltung jeweils aus?
Parallel: C_\mathrm{ges} = C_1 + C_2, Spannungsfestigkeit = kleinste Nennspannung. Reihe: \frac{1}{C_\mathrm{ges}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2}; gleiche Kondensatoren mit Symmetrierwiderständen vertragen zusammen die Summe ihrer Nennspannungen. siehe Abschnitt „Schritt 3: Kondensatoren zusammenschalten“
- Welche Kriterien prüfst Du, bevor Du einen Elko auswählst, und woran erkennst Du beim Bestücken seinen Minuspol?
Kapazität mit Toleranz, Spannungsfestigkeit mit Reserve, Bauform, Polung, Temperaturbereich und Lebensdauer, ESR und Rippelstrom. Der Minuspol ist am Streifen auf dem Becher und am kürzeren Bein zu erkennen (beim Tantal-Elko markiert der Strich den Pluspol). siehe Abschnitt „Schritt 4: Kondensatoren auswählen und polrichtig bestücken“
- Warum nimmst Du für ein genaues RC-Zeitglied lieber einen Folienkondensator als einen Elko?
Der Elko hat eine große Toleranz (±20 %) und einen Leckstrom, der bei großen Widerständen die Zeit verfälscht; der Folienkondensator hat eine enge Toleranz und kaum Leckstrom. siehe Abschnitt „Schritt 4: Kondensatoren auswählen und polrichtig bestücken“
- Welche Aufgaben haben Glättungs-, Stütz-, Abblock- und Koppelkondensator, und warum liegt parallel zum Ladeelko oft ein 100-nF-Keramikkondensator?
Glätten: Lücken zwischen den Halbwellen überbrücken; Stützen: Spannung bei Lastsprüngen halten; Abblocken: Stromspitzen der ICs direkt am Pin liefern; Koppeln: Wechselsignal weitergeben, Gleichanteil sperren. Der Keramikkondensator leitet hochfrequente Störungen ab, für die der Elko wegen ESR und Induktivität zu träge ist. siehe Abschnitt „Schritt 5: Glättungs-, Stütz-, Abblock- und Koppelkondensatoren“
- Warum muss ein Abblockkondensator direkt am Versorgungspin sitzen?
Die Leiterbahninduktivität erzeugt bei den schnellen Stromspitzen des ICs nach u = L \cdot \Delta i / \Delta t Spannungseinbrüche. Je kürzer der Weg zum Kondensator, desto kleiner die Induktivität und die Schleifenfläche, desto höher die Resonanzfrequenz des Kondensators. siehe Abschnitt „Schritt 6: Abblockkondensatoren richtig platzieren“
- Was machst Du mit den Eingängen eines unbenutzten Gatters in einem CMOS-Baustein, und warum?
Fest auf GND oder VCC legen. Offene CMOS-Eingänge nehmen ein zufälliges Potenzial nahe der Schaltschwelle an; dann fließt Querstrom, der Baustein erwärmt sich und der Ausgang kann schwingen. siehe Abschnitt „Schritt 7: Logikbausteine fachgerecht beschalten“
- Was ist der Unterschied zwischen Nennstrom und Sättigungsstrom einer Drossel?
Der Nennstrom ist durch die Erwärmung begrenzt (Dauerstrom), der Sättigungsstrom durch den Kern: Darüber sinkt die Induktivität stark. Der größte Betriebsstrom muss unter beiden liegen. siehe Abschnitt „Schritt 8: Spulen und Drosseln als Bauelemente“
Fazit
Kondensatoren sind nicht austauschbar: Bauform, Spannungsfestigkeit, Temperaturbereich und Polung entscheiden, ob eine Schaltung jahrelang zuverlässig läuft. Wer die vier Aufgaben Glätten, Stützen, Abblocken und Koppeln unterscheidet und Abblockkondensatoren direkt an die Versorgungspins setzt, vermeidet viele schwer zu findende Fehler. Die Rechnungen zu Lade- und Entladevorgängen stehen im Artikel Kondensator und Spule im Gleichstromkreis. Zum Üben gibt es die Übungsaufgaben zu Kondensatoren und Spulen als Bauelemente.
Links und weitere Informationen
als Nachschlagewerk: Wikipedia: Kondensator (Elektrotechnik)
zu Keramikkondensatoren: Wikipedia: Keramikkondensator
zu Elektrolytkondensatoren: Wikipedia: Elektrolytkondensator
zum Abblockkondensator: Wikipedia: Entkopplungskondensator
zur Spule: Wikipedia: Spule (Elektrotechnik)
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